{"id":86874,"date":"2022-11-19T02:40:00","date_gmt":"2022-11-19T01:40:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=86874"},"modified":"2022-11-19T08:39:45","modified_gmt":"2022-11-19T07:39:45","slug":"duennschicht-photovoltaik-im-doppelpack-wird-effizienter","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/duennschicht-photovoltaik-im-doppelpack-wird-effizienter\/","title":{"rendered":"D\u00fcnnschicht-Photovoltaik im Doppelpack wird effizienter"},"content":{"rendered":"\n
ZSW entwickelt Tandem-Solarmodul aus Perowskit und CIGS mit \u00fcber 21 Prozent Wirkungsgrad <\/p>\n\n\n\n
Hocheffiziente und kosteng\u00fcnstige Solarmodule erm\u00f6glichen einen schnelleren Ausbau der Photovoltaik. Eine viel versprechende Technologie f\u00fcr die n\u00e4chste Generation sind Tandem-Solarmodule. Sie werden aus zwei \u00fcbereinander liegenden Solarmodulen gebildet und liefern so mehr elektrische Energie als aktuelle Module. Mit einem solchen Modul auf D\u00fcnnschichtbasis hat das Zentrum f\u00fcr Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-W\u00fcrttemberg (ZSW) jetzt einen Wirkungsgrad von 21,1 Prozent erzielt. Diese D\u00fcnnschichtmodule sind hocheffizient und lassen sich leichtgewichtig und biegsam herstellen. Somit k\u00f6nnen sie auch au\u00dferhalb der klassischen Installation in Form von starren Modulen im Solarpark weitere Anwendungsfelder erschlie\u00dfen.
Die heute fast ausschlie\u00dflich verbauten Solarmodule auf Basis von Silizium kommen nach Jahrzehnten intensiver Forschung ihrer praktischen Wirkungsgradgrenze von rund 27 Prozent bereits sehr nahe. Eine weiter gehende Erh\u00f6hung auf weit \u00fcber 30 Prozent versprechen aktuell nur Tandem-Solarmodule aus \u00fcbereinander geschichteten Solarzellen verschiedener Materialien. Ihre unterschiedlichen Aktivschichten nutzen zusammen die Breite des Sonnenlichtspektrums besser aus als die jeweilige Einfachsolarzelle und erm\u00f6glichen so eine bessere Effizienz.
Eine aussichtsreiche Materialgruppe f\u00fcr Tandem-Solarmodule sind die metallorganischen Perowskite. \u201eEinige Verbindungen dieser Materialklasse zeigen hervorragende optische und elektronische Eigenschaften und sind reichlich und kosteng\u00fcnstig auf der Erde verf\u00fcgbar\u201c, erkl\u00e4rt Dr. Jan-Philipp Becker, der Leiter des ZSW-Fachgebiets Photovoltaik: Materialforschung. \u201eSie nutzen im oberen Solarmodul dank ihrer hohen optischen Energiebandl\u00fccke den hochenergetischen Anteil des Sonnenspektrums sehr effizient. Gleichzeitig lassen sie einen beachtlichen niederenergetischen Anteil des Spektrums in das zweite, darunter befindliche Solarmodul durch.\u201c
Optimale Anpassung an das Sonnenspektrum <\/strong> F\u00fcr das untere Solarmodul liegt die Verwendung von konventioneller Silizium-Photovoltaik nahe. Noch interessanter ist aber die ausschlie\u00dfliche Nutzung von D\u00fcnnschichttechnologien: Das untere Modul kann ebenfalls Perowskit sein oder \u2013 wie im ZSW-Modul \u2013 CIGS. CIGS ist ein Materialmix aus Kupfer, Indium und Gallium, der in Selenatmosph\u00e4re auf ein starres oder flexibles Tr\u00e4germaterial aufgedampft wird. Diese Technologie haben die Fachleute am Institut in der Vergangenheit zusammen mit Industriepartnern bis zur Serienproduktion entwickelt. Im Vergleich zu Silizium kann die spektrale Absorption, also die Lichtaufnahme, beim CIGS ideal auf den Tandemverbund angepasst werden.
Das Tandem-Solarmodul des ZSW hat eine Gr\u00f6\u00dfe von 9 Quadratzentimetern und einen Wirkungsgrad von 21,1 Prozent. Dieser Prototyp zeichnet sich zudem durch eine industrietaugliche und skalierbare Bauelementarchitektur aus. Die aktuellen Bestwerte f\u00fcr Tandemsolarmodule aus Perowskit und CIGS liegen mit 22 Prozent nur wenig dar\u00fcber. Bei kleineren Laborzellen erzielte das ZSW f\u00fcr diese Materialkombination bereits eine hervorragende Effizienz von 26,6 Prozent.
Mehrere Entwicklungsschritte f\u00fchrten zum Erfolg<\/strong>
Um diese guten Werte zu erreichen, waren mehrere technische Entwicklungsschritte n\u00f6tig: Zun\u00e4chst haben die Forscherinnen und Forscher die jeweiligen Submodule optimiert, insbesondere das obere Perowskit-Halbmodul, das nicht nur sehr effizient, sondern auch noch teiltransparent sein muss, um gen\u00fcgend Licht f\u00fcr das untere Modul durchzulassen. Hierf\u00fcr haben sie unter anderem verbesserte transparente Elektroden entwickelt und die Passivierung der Grenzfl\u00e4chen verbessert.
Bei allen pr\u00e4parierten Zellen und Modulen hat die jeweilige Tandemstruktur als Ganzes die Effizienz der Einzelzellen oder -module \u00fcbertroffen. Damit konnte die \u00dcberlegenheit von Tandemsolarmodulen klar demonstriert werden. Das ZSW will die Tandem-D\u00fcnnschichttechnologie nun zusammen mit interessierten Industriekunden weiter hochskalieren und weiterentwickeln. Tandemsolarmodule: Hocheffizient, leichtgewichtig, flexibel<\/strong>
Tandemsolarmodule aus Perowskit und CIGS bieten neben der hohen Effizienz weitere Vorteile: Als D\u00fcnnschichttechnologie k\u00f6nnen die Module auch auf Kunststoff- oder Stahlfolien hergestellt werden und sind dann leichtgewichtig und flexibel. Dadurch eignen sie sich neben der klassischen Installation im Solarpark hervorragend f\u00fcr weitere Anwendungen wie die nahtlose Integration ins Fahrzeug oder die Installation auf Fabrikhallen, die keine gro\u00dfen Lasten tragen k\u00f6nnen.
Dar\u00fcber hinaus fallen nach aktuellen Studien nicht nur die Stromgestehungskosten geringer aus, auch die Gesamt-Umweltbilanz der D\u00fcnnschicht-Photovoltaik ist aufgrund des geringen Material- und Energieeinsatz w\u00e4hrend der Herstellung sehr gut. Die Arbeiten des ZSW und seines Partners Karlsruher Institut f\u00fcr Technologie (KIT) entstanden im Rahmen des vor kurzem abgeschlossenen Forschungsprojekts CAPITANO, das vom Bundesministerium f\u00fcr Wirtschaft und Klimaschutz gef\u00f6rdert wurde.<\/p>\n\n\n